DE3936595A1 - Verfahren zur herstellung von expandierbaren styrolpolymerisaten - Google Patents
Verfahren zur herstellung von expandierbaren styrolpolymerisatenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung expandierbarer
Styrolpolymerisate, bei dem die Schaumbildung bei der Herstellung ver
mindert und der Innenwassergehalt der Styrolpolymerisate erhöht wird.
Es ist bekannt, bei der Herstellung expandierbarer Styrolpolymerisate
durch Suspensionspolymerisation in Gegenwart von Poly-N-vinylpyrrolidon zu
arbeiten. Das dazu verwendete Poly-N-Vinylpyrrolidon besitzt üblicherweise
einen K-Wert von maximal 90. Nachteilig bei diesem Verfahren ist es, daß
der Polymerisationsansatz zur Schaumbildung neigt und daß daher das
Kesselvolumen nicht voll ausgenutzt werden kann und die vollständige
Kesselentleerung Schwierigkeiten bereitet.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Schaumbildung bei der Poly
merisation zu vermindern. Ferner bestand die Aufgabe, den Anteil an
organischen Substanzen im Abwasser des Polymerisationsansatzes zu
verringern. Es wurde außerdem angestrebt, denn Innenwassergehalt der
expandierbaren Styrolpolymerisate zu erhöhen.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß diese Aufgaben sämtlich gelöst
werden durch Verwendung eines besonders hochmolekularen Poly-N-vinyl
pyrrolidons.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von ex
pandierbaren Styrolpolymerisaten durch Polymerisation von Styrol, ge
gebenenfalls zusammen mit bis zu 50 Gew.-% anderer α,β-olefinisch un
gesättigter Verbindungen in wäßriger Suspension in Gegenwart von
Poly-N-vinylpyrrolidon als Schutzkolloid und Zusatz eines C5- bis
C₆-Kohlenwasserstoffs als Treibmittel und gegebenenfalls üblicher
Zusatzstoffe in wirksamen Mengen vor, während oder nach der Poly
merisation, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die wäßrige Phase 0,05 bis
0,3 Gew.-% Poly-N-vinylpyrrolidon vom K-Wert 100 bis 150 enthält.
Hinsichtlich der Ausgangsmonomeren, der Treibmittel und Zusatzstoffe und
der Verfahrensführung unterscheidet sich das neue Verfahren nicht von den
bekannten Herstellungsverfahren.
Styrolpolymerisate im Sinn der Erfindung sind Polystyrol und Misch
polymerisate des Styrols mit anderen α,β-olefinisch ungesättigten
Verbindungen, die mindestens 50 Gewichtsteile Styrol einpolymerisiert er
halten. Als Comonomere kommen z. B. in Frage α-Methylstyrol, kern
halogenierte Styrole, kernalkylierte Styrole, Acrylnitril, Ester der
Acryl- oder Methacrylsäure von Alkoholen mit 1 bis 8 C-Atomen, N-Vinyl
verbindungen, wie Vinylcarbazol, Maleinsäureanhydrid oder auch geringe
Mengen an Verbindungen, die zwei polymerisierbare Doppelbindungen ent
halten, wie Butadien, Divinylbenzol oder Butandioldiacrylat.
Als Treibmittel enthalten die Formmassen 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 3
bis 8 Gew.-%, eines C3- bis C6-Kohlenwasserstoffs, wie Propan, Butan, Iso
butan, n-Pentan, i-Pentan, Neopentan und/oder Hexan. Vorzugsweise wird ein
handelsübliches Pentan-Gemisch verwendet.
Die Styrolpolymerisate können auch übliche Zusätze an anderen Stoffen ent
halten, die den expandierbaren Produkten bestimmte Eigenschaften ver
leihen. Genannt seien beispielsweise Flammschutzmittel auf Basis von
organischen Brom- oder Chlorverbindungen, die auch in Form von Mikro
kapseln mit einer styrolunlöslichen Beschichtung vorliegen können, wie
Trisdibrompropylphosphat, Hexabromcyclododecan, Chlorparaffin, sowie
Synergisten für Flammschutzmittel, wie Dicumyl und hochzersetzliche
organische Peroxide; ferner Antistatika, Stabilisatoren, Farbstoffe,
Schmiermittel, Füllstoffe und beim Vorschäumen antiverklebend wirkende
Stoffe, wie Zinkstearat, Melaminformaldehydkondensate oder Kieselsäure,
sowie Mittel zur Verkürzung der Entformzeit beim Ausschäumen, wie z. B.
Glycerinester oder Hydroxycarbonsäureester. Die Zusatzstoffe können je
nach der beabsichtigten Wirkung in den Teilchen homogen verteilt oder als
Oberflächenbeschichtung vorliegen.
Die Suspensionspolymerisation von Styrol ist an sich bekannt. Sie ist aus
führlich beschrieben im Kunststoff-Handbuch, Band V, "Polystyrol",
Carl Hanser-Verlag, Seiten 679 bis 688. Dabei wird im allgemeinen Styrol,
ggf. zusammen mit den oben genannten Comonomeren, in Wasser suspendiert,
wobei übliche organische oder anorganische Suspensionsstabilisatoren,
vorzugsweise Poly-N-vinylpyrrolidon zugesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Styrolpolymerisate werden hergestellt durch Poly
merisation von Styrol, ggf. zusammen mit bis zu 50 Gew.-% der oben
genannten Comonomeren, in wäßriger Suspension, wobei vor, während oder
nach der Polymeristion die oben beschriebenen Treibmittel und gegebenen
falls übliche Zusatzstoffe in wirksamen Mengen zugesetzt werden.
Man kann die Polymerisation auch, wie in der EP-B 1 06 129 und in der
DE-A 39 21 148 beschrieben, in Gegenwart einer geringen Menge eines
üblichen Kettenüberträgers ausführen, der das Molekulargewicht regelt.
Vorzugsweise wird als Regler tert.-Dodecylmercaptan verwendet.
Styrolpolymerisate, die 0,1 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,15 bis
1,5 Gew.-%, einpolymerisiertes Acrylnitril enthalten, führen zu
Schaumstoffen, die sich durch weitgehende Schrumpffreiheit auszeichnen.
Auch ein Gemisch aus 95 bis 99,5 Gew.-% Polystyrol und 0,5 bis 5 Gew.-%
eines styrollöslichen Styrol-Acrylnitril-Copolymeren zeigt diese Eigen
schaften, wenn der Gesamtgehalt an Acrylnitril im Gemisch 0,1 bis
2 Gew.-%, vorzugsweise 0,15 bis 2 Gew.-% beträgt.
Styrolpolymerisate, die 3 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-%
einpolymerisierbares Acrylnitril enthalten, führen zu Schaumstoffen mit
hoher Ölbeständigkeit. Auch ein Gemisch aus 50 bis 85 Gew.-% Polystyrol
und 15 bis 50 Gew.-% eines styrollöslichen Styrol-Acrylnitril-Copolymeren
zeigt diese vorteilhafte Eigenschaft, wenn der Gesamtgehalt an Acrylnitril
im Gemisch 3 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-%, beträgt. Die
Herstellung derartiger Mischungen erfolgt auf einfache Weise dadurch, daß
man vor der Polymerisation die vorgesehene Menge des Styrol-Acrylnitril
-Copolymeren in Styrol löst.
Styrolpolymerisate, die 2 bis 15 Gew.-%, insbesondere 3 bis 12 Gew.-%,
Maleinsäure(anhydrid) als Comonomeres enthalten, führen zu Schaumstoffen,
die sich durch hohe Wärmeformbeständigkeit auszeichnen. Vorteilhaft geht
man dabei von einem Gemisch aus Polystyrol und einem handelsüblichen
Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren in Styrol und anschließende Poly
merisation leicht hergestellt werden kann.
Als Zusatzstoffe sind auch Poly-(2,6-dimethyl)-1,4-phenylenether und
Poly-1,4-phenylensulfid geeignet. In Mengen von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen
auf die Komponente a) bewirken diese Zusätze eine Erhöhung der Wärme
formbeständigkeit des Schaumstoffs.
Als Zusatzstoffe sind gemäß der Lehre der deutschen Patentanmeldung
P 39 15 602.8-44 auch styrollösliche Elastomere geeignet. Diese Zusätze
erhöhen die Elastizität des Schaumstoffs.
Erfindungswesentlich ist es, die Suspensionspolymerisation in Gegenwart
von Poly-N-vinylpyrrolidon mit besonders hohem Molekulargewicht als
Suspensionsstabilisator (Schutzkolloid) vorzunehmen. Die wäßrige Phase des
Polymerisationsansatzes soll 0,05 bis 0,3 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis
0,3 Gew.-%, insbesondere 0,15 bis 0,25 Gew.-% Poly-N-vinylpyrrolidon mit
einem K-Wert (nach Fikentscher, vgl. DIN 53 726) von 100 bis 150,
vorzugsweise 100 bis 130, insbesondere 105 bis 120 enthalten.
Die Herstellung des Poly-N-vinylpyrrolidon erfolgt im allgemeinen in an
sich bekannter Weise durch Polymerisation von N-Vinylpyrrolidon in
wäßriger Lösung bei erhöhter Temperatur unter Verwendung von üblichen
Radikalbildnern als Katalysator (vgl. EP-B 1 04 042). Zur Erzielung hoher
K-Werte hat sich die Verwendung von tert.-Butyl-peroxy-2-ethylhexanoat
oder tert.-Butylperoxy-3,5,5-trimethylhexanoat bewährt.
Der Ansatz wird nach Zugabe des Katalysators im allgemeinen langsam, d. h.
etwa innerhalb von 1 bis 3 Stunden auf eine Temperatur von 80 bis 100°C
erhitzt und 2 bis 6 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, bis der
Restmonomerengehalt weniger als 1%, vorzugsweise weniger als 0,2%,
insbesondere weniger als 0,1% beträgt.
Die in den Beispielen genannten Teile sind Gewichtsteile.
In einen Rührkessel gibt man 6400 Teile Wasser, 1600 Teile N-Vinyl
pyrrolidon und 1,6 Teile tert.-Butyl-peroxy-2-ethylhexanoat. Nach Inerti
sierung mit Stickstoff erwärmt man innerhalb von 1 Stunde auf 50°C,
anschließend wird die Temperatur geregelt innerhalb von 6 Stunden auf 85°C
angehoben und anschließend 2 Stunden bei 85°C gehalten.
Das Polymere hat einen K-Wert von 105, der Restmonomerengehalt beträgt
0,02%, bezogen auf das Polymere.
Man arbeitet wie in Beispiel 1, verwendet jedoch nur 4 Teile
tert.-Butyl-peroxy-ethylhexanoat.
Das Polymere hat einen K-Wert von 114, der Restmonomerengehalt beträgt
0,2%.
In einem druckfesten Rührkessel wird eine Mischung von 200 Teilen Wasser,
0,1 Teilen Natriumpyrophosphat, 0,1 Teilen Magnesiumsulfat, 205 Teilen
Styrol, 14 Teilen Pentan, 0,5 Teilen tert.-Butylperbenzoat, 0,25 Teilen
Dibenzoylperoxid, 1,4 Teilen Hexabromcyclododecan und 4 Teilen einer
10%igen wäßrigen Lösung von Polyvinylpyrrolidon (K-Wert 105), hergestellt
nach Beispiel 1, unter Rühren in Stickstoff-Atmosphäre auf 90°C, an
schließend innerhalb 5 Stunden auf 120°C erhitzt und 5 Stunden bei 120°C
gehalten. Die Suspension hat nach dem Abkühlen sehr wenig Schaumbildung,
was insbesondere die Entleerung der Rührkessel erleichtert.
Ein Vergleichsansatz mit Polyvinylpyrrolidon (K-Wert 90), zeigt eine
starke Schaumbildung in der Suspension nach der Polymerisation, so daß die
Rührkesselentleerung sehr erschwert wird.
Es wurde wie in Beispiel 4 gearbeitet, jedoch eine reduzierte Menge von
3 Teilen einer 10%igen Lösung von Polyvinylpyrrolidon (K-Wert 105) ,
hergestellt nach Beispiel 1, als Schutzkolloid verwendet.
Die Suspension hat nach dem Abkühlen sehr wenig Schaumbildung, was
insbesondere die Entleerung der Rührkessel erleichtert. Die erhaltenen
Perlpolymerisate mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ca. 1 mm sind
rund und ohne Deformationen.
Ein Vergleichsansatz mit Polyvinylpyrrolidon vom K-Wert 90 zeigt auch bei
der reduzierten Menge von 3 Teilen einer 10%igen wäßrigen Lösung eine
starke Schaumbildung in der Suspension nach der Polymerisation, so daß die
Rührkesselentleerung sehr erschwert wird. Die erhaltenen Perlpolymerisate
mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ca. 1 mm sind z. T. deformiert,
was eine beginnende ungenügende Schutzkolloid-Wirkung anzeigt.
Es wurde wie in Beispiel 3 gearbeitet, jedoch eine Menge von 4 Teilen
einer 10%igen Lösung von Polyvinylpyrrolidon (K-Wert 114), hergestellt
nach Beispiel 2, als Schutzkolloid verwendet.
Die Suspension hat nach dem Abkühlen sehr wenig Schaumbildung, was
insbesondere die Entleerung der Rührkessel erleichtert. Die erhaltenen
Perlpolymerisate mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ca. 1 mm
haben einen erhöhten Innenwassergehalt von ca. 2%.
Ein Vergleichsansatz mit Polyvinylpyrrolidon vom K-Wert 90 zeigt eine
starke Schaumbildung in der Suspension nach der Polymerisation, so daß die
Rührkesselentleerung sehr erschwert wird. Die erhaltenen Perlpolymerisate
mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ca. 1 mm haben einen üblichen
Innenwassergehalt von ca. 1%.
Claims (1)
- Verfahren zur Herstellung von expandierbaren Styrolpolymerisaten durch Polymerisation von Styrol, gegebenenfalls zusammen mit bis zu 50 Gew.-% anderer α,β-olefinisch ungesättigter Verbindungen in wäßriger Suspension in Gegenwart von Poly-N-vinylpyrrolidon als Schutzkolloid und Zusatz eines C5- bis C6-Kohlenwasserstoffs als Treibmittel und gegebenenfalls üblicher Zusatzstoffe in wirksamen Mengen vor, während oder nach der Polymeri sation, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Phase 0,05 bis 0,3 Gew.-% Poly-N-vinylpyrrolidon vom K-Wert 100 bis 150 enthält.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8130 | Withdrawal |